經(jīng)典的分立差動(dòng)放大器設(shè)計(jì)非常簡(jiǎn)單。一個(gè)運(yùn)算放大器和四電阻網(wǎng)絡(luò)有何復(fù)雜之處？

但是，這種電路的性能可能不像設(shè)計(jì)人員想要的那么好。本文從實(shí)際生產(chǎn)設(shè)計(jì)出發(fā)，討論了與分立電阻相關(guān)的一些缺點(diǎn)，包括增益精度、增益漂移、交流共模抑制(CMR)和失調(diào)漂移等方面。

經(jīng)典的四電阻差動(dòng)放大器如圖1所示。

圖1. 經(jīng)典分立差動(dòng)放大器

該放大器電路的傳遞函數(shù)為：

若R1 = R3且R2 = R4，則公式1簡(jiǎn)化為：

這種簡(jiǎn)化有助于快速估算預(yù)期信號(hào)，但這些電阻絕不會(huì)完全相等。此外，電阻通常有低精度和高溫度系數(shù)的缺點(diǎn)，這會(huì)給電路帶來(lái)重大誤差。

例如，使用良好的運(yùn)算放大器和標(biāo)準(zhǔn)的1%、100ppm/°C增益設(shè)置電阻，初始增益誤差最高可達(dá)2%，溫度漂移可達(dá)200ppm/°C。為解決這個(gè)問(wèn)題，一種解決方案是使用單片電阻網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)精密增益設(shè)置，但這種結(jié)構(gòu)很龐大且昂貴。除了低精度和顯著的溫度漂移之外，大多數(shù)分立差動(dòng)運(yùn)算放大器電路的CMR也較差，并且輸入電壓范圍小于電源電壓。此外，單片儀表放大器會(huì)有增益漂移，因?yàn)榍爸梅糯笃鞯膬?nèi)部電阻網(wǎng)絡(luò)與接入RG引腳的外部增 益設(shè)置電阻不匹配。

解決所有這些問(wèn)題的最佳辦法是使用帶內(nèi)部增益設(shè)置電阻的差動(dòng)放大器，例如AD8271。通常，這些產(chǎn)品由高精度、低失真運(yùn)算放大器和多個(gè)微調(diào)電阻組成。通過(guò)連接這些電阻可以創(chuàng)建各種各樣的放大器電路，包括差動(dòng)、同相和反相配置。芯片上的電阻可以并聯(lián)連接以提供更廣泛的選項(xiàng)。相比于分立設(shè)計(jì)，使用片內(nèi)電阻可為設(shè)計(jì)人員帶來(lái)多項(xiàng)優(yōu)勢(shì)。

圖2. 增益誤差與溫度的關(guān)系——AD8271與分立解決方案比較

交流性能

在電路尺寸方面，集成電路比印刷電路板(PCB)小得多，因此相應(yīng)的寄生參數(shù)也較小，對(duì)交流性能有利。例如，AD8271運(yùn)算放大器的正負(fù)輸入端有意不提供輸出引腳。這些節(jié)點(diǎn)不連接到PCB上的走線，電容保持較低，從而提高環(huán)路穩(wěn)定性并優(yōu)化整個(gè)頻率范圍內(nèi)的共模抑制。性能比較參見(jiàn)圖3。

圖3. CMRR與頻率的關(guān)系——AD8271與分立解決方案CMRR比較

差動(dòng)放大器的一項(xiàng)重要功能是抑制兩路輸入的共模信號(hào)。